首页 > 封面故事 > 正文

登月的光荣与梦想

2002-12-06 14:55 作者:李伟 巫昂 2002年第49期
今天,中国的航天事业又将进入一个新的纪元。2003年初神舟四号即将升空,如果不出意外,这将是中国载人航天的最后一次预演;中国人要挣脱地球的引力前往太空世界。按照2000年11月发表的《中国的航天》白皮书,在未来的十年中,“开展以月球探测为主的深空探测的预先研究”,或者说2010年实现登月是一个更明确的目标,中国人要迈出自己的一小步。

2001年1月10日,随着无人驾驶的神舟二号飞船发射成功,中国距离成为第三个将宇航员送上太空的国家又近了一步

1958年李大耀进入上海机电研究院,现在上海航天局的前身。当时他还是复旦大学数学系的学生,再有两年才毕业,严格地说是60届的学生。“毛主席在1958年的中国八大二次会议上说,‘我们也要搞人造卫星’,我理解这是一个‘号召’,号召将更多的资源投入的航天领域上。”当年李大耀所在的上海机电研究院的任务就是研制我国第一枚探空火箭T-7M,“我当时也不懂什么火箭、卫星,我的工作就是计算航天器的空气阻力。”发射场就在上海南汇县的海边,发电站用芦苇席围上以后盖了张油布蓬,人员之间没有神通信设施,连扩音器也没有,全靠手势和嗓门大,给液体火箭发动机加注燃料用上了自行车的打气筒,火箭上天后怎么跟踪呢?就是几个人手里拿着天线对着天空,看上去像玩遥控飞机。

中国航天就这样拉开了帷幕。

现在,坐在记者对面的李大耀更像一位退伍的老兵,两年前他刚刚从北京508所退休。“1970年4月24日晚上正值东方红一号发射,那时候是文革时期,我们这些人被下放到东北农场劳动锻炼,我们都站在田野里等,火箭的末级装上了发光的裙边,相当于五等恒星的照度,用肉眼可以观测到,到晚上九点多的时候我们终于看到了”,李老先生回忆说,那是一个激动人心的年代。

今天,中国的航天事业又将进入一个新的纪元。2003年初神舟四号即将升空,如果不出意外,这将是中国载人航天的最后一次预演;中国人要挣脱地球的引力前往太空世界。按照2000年11月发表的《中国的航天》白皮书,在未来的十年中,“开展以月球探测为主的深空探测的预先研究”,或者说2010年实现登月是一个更明确的目标,中国人要迈出自己的一小步。

描述这个飞速前进的宇航时代,套用美国总统肯尼迪1962年的演讲仍旧不过时:“把人类有史以来的的5万年浓缩成半个世纪的时间跨度,我们对于开始的40年知之甚少,除了知道在这40年的最后出现了学会用兽皮遮体的人类。在这个标准下,大约数年前,人类从洞穴中走出,建造新的家园。仅仅在5年前人类才学会了写字和使用有轮子的车辆。基督教诞生于不到2年前,印刷出版今年才出现……上个月出现了电灯、电话、汽车和飞机,仅仅在上周我们才发明了青霉素、电视与核动力。如果现在美国新的飞船能够成功抵达金星,那么我们可以真正算得上在今天午夜抵达别的星球了。”在这篇在赖斯大学讲演的最后,肯尼迪说,“我们决定登月……愿上帝保佑这个人类有史以来所从事的最危险和最伟大的冒险。”

很难讲清楚是什么推动航天技术的飞速发展;但可以很定的是:航天——挣脱引力——去月球——去火星——是每一个民族光荣与梦想载体。“大国需要一些象征,我们跟别的国家比什么呢?比人口、比汽车还是比钢铁?尽管还有很大差距,但能拿出比的就是航天了,数一下发射的卫星,排个一二三”,一位中国的宇航学家接受采访时说。

从另一方面讲,中国航天的新纪元也并不仅简单意味着载人航天与登月。“当年我们搞‘两弹一星’,国际环境很恶劣,处在美苏的夹缝中,我们可以不修路,可以没有火车,但不能没有‘两弹一星’,饿着肚子也要上”,这位宇航学家最后说,“而现在,我国航天的发展要依靠经济的持续繁荣,依靠人民的富裕。冷战之后,航天为人民。”

怎么去月球?

“去月球,是一件太复杂的工程,决不是你所能想象到的复杂”,王(吉+力)博士对记者说。在清华大学逸夫楼中的动力学与控制实验室中,每逢周一上午10点,实验室的研究人员和一些校外的科研机构赶来的专家学者都会坐在一起,开一个航天科技学术讨论班,讨论班的主题一般会围绕航天器动力学与控制的一些热点和难点问题进行。这是实验室的传统,历经二十余年而从不间断。王博士是实验室的博士后,采访就是讨论班开始前进行的。

目前我国的卫星最远发射到了地球静止轨道,距地心大约3.6万公里。而地球到月球的距离是38.44万公里,远大于这个距离。“从地球发射的探测器到达月球附近的速度很大,会掠过月球或者直接撞击在月球表面上,而不能被月球的引力捕获直接形成环绕月球的卫星。探测器直接撞击在月球表面上的这种方式被称为“硬着陆”,撞击前探测器相对于月面的速度一般都大于2.5公里/秒,探测器以这么大的速度撞击在月球表面上会被破坏掉。这样,我们所能获得的关于月球的信息就极其有限,所以这两种探测方式只是在早期的探月活动中采用过”,王(吉+力)说,“如果要让探测器持续不断地完成对月球的观测任务,就必须通过止推发动机衰减探测器相对于月球的速度,使其成为环绕月球运动的卫星”。更进一步的探测工作是除了月球轨道器在轨运行外,着陆器与轨道器分离,“软着陆”在月面上,如果着陆器携带了月球车,月球车还可以进行月球表面的巡游等任务。而如果要完成月球土壤采集等任务,着陆器的一部分会与地球上发射火箭类似,从月球出发携带月球岩石和土壤的标本返回地球。而这还仅仅是无人的月球探测活动,如果将人送上月球,为了保证宇航员的安全所需完成的工作更是惊人。

徐世杰教授是北京航空航天大学航天飞行器与导弹技术系副主任,他告诉记者,中国探月也是分三步走,第一步是先发射环绕月球的卫星;第二步,进行月球空间探测;第三步,放着陆器,这里面也涉及无人着陆先,载人着陆后。由于月球没有大气,卫星轨道高度可以降低到100公里,以月球的南极-北极-南极的方式运行。

“按照计算和分析,中国探测月球的主要困难不是火箭运载能力和卫星制造等方面问题。我们国家目前近地轨道的运载能力接近10吨,相当于可以把两辆东风卡车送到距离地面200公里左右高度的轨道上,如果将探测器发射到环绕月球两极的轨道上的话,保守的估计也可以达到1吨以上”,王(吉+力)说,“最主要的困难在于遥测技术”。飞往月球的探测器要与地面联系,受地面控制,同时反馈回信息。地球大约24小时自转一圈,同时月亮27天左右绕地球公转一周。我国的国土资源所覆盖的时区有限,当我国国土所在的那部分地球表面转到背向月球方向的时候,将无法观测到探测器。另外,当探测器运行到月球的背面时,地面上也将无法向其发送指令,也收不到它发回信号。还有,38.44万公里即使是无线电波也要走1秒多钟的时间,因此对探测器的测控必然会出现时间上的延迟。当然,还需要保证一定的数据上传和下载速率,尤其是要有效及时地接受大量月球探测器发回的探测信息。因此,探测器即使发射成功,如果不能进行有效的测控,就可能传不回信息,甚至会失去控制,无法正常工作。

“这就是现在经常说的遥测瓶颈,以目前水平,动用全国的观测站和天文台,刚刚可以完成遥测,但还是比较勉强”,徐世杰说,“美国在全球建了3座测控站,在本土的加州、澳大利亚的堪培拉和西班牙的马德里,每隔120度建一座,总有一个站能观测到,此外它还有数座直径为70米、36米和26米的接收天线,已经具有了探测太阳系的能力。”

“我们的工作不仅是研究怎么去月球,还要作一个最优化的方案,怎样燃料最省”,王博士说。同样在清华大学,关于月球车的研究项目已经启动,机器人的项目则在几个机构同时展开,武汉的中国地质大学教授鄢泰宁准备做月球的钻探机,中国天文台对月球土壤与地质状况也开始相关的分析。目前除了航天院所外,哈工大、北航、国防科大、西工大、中科学院的空间中心、地化所等都有涉及月球探测的项目。月球已经成为一个科研的新大陆。

去月球干什么?

徐世杰告诉记者,很多日本的大公司已经开始研发如何在月球建度假村,他们在地球上建房子做试验。航天界有一个概算,如果发射近地轨道的卫星,每公斤1万美元;再远一些要2万美元,也就是说一个体重70公斤的人,被当作资源卫星或通信卫星送入太空,发射费用就至少要70万美元,回收要花多少钱?去月球玩一圈会花多少钱?“去月球干什么?这是一个很难回答的问题,这几年月球研究热,已经召开了两次月球探测会议,一直都在争论。”王博士说。

“我们不说月球资源,说太空资源,月球只是其中的一部分。人类航天最终是要取得回报的,也就是说我们要开发太空资源。”李大耀给记者总结了六个方面。第一,是相对于地球表面的高远位置,也就是“势能”,所谓站得高看得远,“比如应用卫星,目前开发最多、最充分的就是这一项。”第二,高真空、超洁净资源,也就是大气密度与大气中所含尘埃数的密度极低。徐世杰告诉记者,目前太空制药的某些实验中,纯度要比地球环境高100倍。第三,地球引力场资源,它可以保证航天器的长期驻留。第四,太空微重力资源,也就是说摆脱了重力之后的环境,物体不再有轻重之分,目前应用比较多的是冶金。在地球上有些合金,在重力环境下,就好像水与油一样是要分层的,而在太空可以冶炼出新的合金,制造新材料。第五,太空的太阳能资源,地球只有一半的时间可以接受太阳能,折射、反射、云层、水汽吸收都要损失大量能量。而几乎所有的卫星都是靠太阳能电池作为能源,可以设想是建立太空太阳能发电站。第六,才是月球资源,在这个地球最近的邻居上可以做很多事,“月球很早以前就进入宁静阶段,保留了大量原始信息,可以研究宇宙的起源。月球的引力场很弱,只有地球的1/6,发射航天器的阻力就小了。而且月球上也找到了水,有水就可以电离出氢、氧,燃料也就有了。月球上有100多种矿物,其中5种是地球上没有的。最引人注目的是月球上有氦3元素(氦的同位素),这在地球上十分罕见,它是核电的主要原料之一。有过一个估计,月球表面深度3米以内的氦3有70多万吨。这意味着什么?上个世纪末,全球一年的用电量相当于100吨氦3的核反应,以此计算月球的氦3够地球7000年的电量。”

空间站与中国航天的五大步

事实上,太空资源对中国而言,也只是利用到了卫星阶段。接下来,无论是研制新材料还是空间试验都指向了另一个标志性的技术——空间站。空间站是利用太空资源的关键平台。

记者在采访中了解到,载人航天之后,中国航天的下一步目标是建立空间实验室,“短期有人看管,长期无人值守,是空间站的前身”。目前空间实验室计划已经通过了预研阶段。实验室之后则是空间站,空间站将是永久性的设施。对于空间站,是自己搞还是参与国际合作,即加入美俄主导的国际空间站,仍旧是个巨大的未知数。

“这里面既有国际政治原因,又有技术和资金因素,毕竟这个400吨的航天器,已经吃掉了1000多亿美元。”徐世杰说,“回头看一下我国的航天之路,基本上是一条自力更生之路。”

李大耀和记者聊起,他1958年开始进入航天领域时哪里懂什么火箭,还是复旦数学系没毕业的学生。“1957年苏联发射了第一颗人造卫星,1958年毛主席说‘我们也要搞人造卫星’,就在这一年中国科学院成立了“581”领导小组,钱学森任组长。为什么叫“581”?中科院将卫星的研究称为1958年的第一号任务。”李大耀说,“1958年正好赶上大跃进,航天领域也受到影响,制定了一个非常高的目标:要在第二年也就是1959年国庆前发射一颗卫星,而且要比苏联的重。苏联卫星的质量是84.6公斤,还设想用‘氟’为燃料,它的毒性高,‘比冲’比氢氧化溶剂也高。但我们知道现在的火箭没有用‘氟’的,基本都是氢氧。直到1959年初,邓小平出面纠正了航天的大跃进思想,才改变技术的研究方向。航天工程中,火箭是一个基础,于是我们在上海发射了T-7M和T-7A探空火箭。”多年以后,李大耀从技术岗位上退下来,专门做航天史研究,他认为这是中国航天的第一阶段。

“1965年是一个转折,我国经济开始好转,当年6月就确定1970~1971年发射我国第一颗卫星。1970年4月24日,‘东方红一号’升空,用的是我们自己的长征一号火箭。这是一颗政治卫星,原定任务是探测空间环境参数,后来改播《东方红》乐曲,我国航天进入了第二阶段,从试验向应用过渡。‘文革’后70年代中到80年代中,是第三阶段,张爱萍将军提出了80年代的三大任务:远程火箭飞向太平洋;水下发射火箭和东方红二号试验通信卫星,我国的航天技术开始深入应用领域。东方红二号试验通信卫星、风云气象卫星,还有以测绘为目的的返回式遥感卫星,都发射成功。第四阶段则贯穿了80年的后期和90年代,我国的业务卫星发展很快,航天技术真正应用于专业领域,1992年载人航天技术提上日程,1999年1月神州一号发射成功,绕地球飞行14圈。第五阶段,就是新世纪的前十年,克服飞船载人航天技术,实现中国人首次登月。”

航天的回归

“很长时间内,我们是勒紧裤腰带搞航天。”一位不愿透露姓名的航天科学家对记者说,“当时国际环境很恶劣,处在美苏夹缝中,我们可以不修路,可以没有火车,但不能没有‘两弹一星’。为什么航天发展得很快?因为无论美苏还是日本,在很长时间内,航天等于国防,而国防是不讲成本的。”

“70年代后期,邓小平就说过,中国不参加太空竞赛,现在不必上月球,要把力量集中到急用、实用的应用卫星上来。”李大耀回忆说。除去国际政治环境的变迁,这样的转型延续到今天有了更深的含义,即航天如何依托社会经济基础。在我国神舟号诞生之前,曾经有公开的争论,究竟采用什么手段实现中国人的太空梦,当事者回忆说:“一种观点认为,从国外载人航天的实践和中国国情出发,中国应该以‘飞船’起步突破载人航天技术。而另一种观点认为,航天飞机技术比‘飞船’技术更先进,为了缩短与国际水平的差距,我们应该先发展小型航天飞机。最终我们认可了前者,航天飞机的技术要比‘飞船’复杂很多,举一个例子,进入大气层后,由于空气的剧烈摩擦产生了电离层,形成‘黑障’,无线电通讯就无法保证,怎么让航天飞机降落到机场呢?这是一个基本的回收问题,相比之下,‘飞船’的成本就省多了。”

从另一方面看,航天科技已经成为今天世界不可或缺的动力,GPS全球定位系统就发端于美国飞机导弹制导系统,照相机的CCD芯片就源自军事侦察卫星,更普遍例子的还有现在的羽绒服和互联网。虚幻的梦想总会退去光环,我们究竟能飞多高,最终还是取决于像GDP、经济增长率这些地面上的实在数字。


神州飞船与联盟号飞船的类比

目前关于神舟号飞船的设计只公布了它由轨道舱、返回舱和推进舱组成。神州号和前苏联的联盟号很像,我们不妨研究一下联盟号的结构。联盟号飞船有三个舱:轨道舱、返回舱和仪器舱,末一个是由过渡段和仪器段构成的;飞船全长7.48米,最粗的的地方直径2.72米,仪器舱上的太阳能电池展开后宽度是8.37米,总重6.8吨。宇航员大部分时间呆在轨道舱,吃饭睡觉和做实验,轨道舱是不回收的,在分离后像流星一样烧掉。宇航员坐返回舱回归地球,它像一口大钟,进入大气层后的运行就像一颗炮弹,宇航员躺在里面,空间比较狭窄,一般设计三个人只有9立方米。这是什么概念——相当于一个长2米,宽1.5米、高3米的小卫生间。

舱里舱外的宇航服

宇航员的服装基本上有两种,一是用来预防失重对身体产生不利影响的“防护服”,适合在舱内穿着,其内部压力通常仅有0.3个压力,如果要到舱外活动,需要花费约12个小时,才缓慢减压到正常情况下的1个大气压,或者花4个小时吸纯氧,把体内的氮气排出去。其二是不依赖座舱内大气环境的“全压服”,其中包括专门设计的太空行走服和登月宇航服。因为在空间站中工作的宇航员,一年之中要有50到250次的舱外活动,不能用大量时间作准备活动。而穿上“全压服”,哪怕舱内的大气全漏光了,“全压服”内的压力还是适于生存。从1961年美国人设计的第一代宇航服到第四代的“全硬式”和“半硬式”宇航服,宇航服已经可以量体裁衣,适合每个人的体形,并可以连续使用15年以上。

1 头盔 2 飞行帽

3 受力系统 4 压力调节器

5 手套 6 罩衣

7 可脱式皮鞋 8 短袜

9 通风管 10 内衣

11 衬里 12 气密层

13 受力外层 14 联合软管接头

15 通信导线气密入口

 

阅读更多更全周刊内容请微信扫描二维码下载三联中读App,注册就有红包哦!

版权声明:凡注明“三联生活周刊”、“爱乐”或“原创”来源之作品(文字、图片、音频、视频),未经三联生活周刊或爱乐杂志授权,任何媒体和个人不得转载 、链接、转贴或以其它方式使用;已经本刊、本网书面授权的,在使用时必须注明“来源:三联生活周刊”或“来源:爱乐”。违反上述声明的,本刊、本网将追究其相关法律责任。

    相关文章

已有0人参与

网友评论

用户名: 快速登录

《立冬》现已上线即刻前往 App Store 搜索“三联生活节气”体验更多精彩。

《霜降》 《寒露》 《秋分》

微博@三联生活周刊
微信:lifeweek
扫描下载三联中读App
三联中读服务号